Question

【題目】1，2-二氯丙烷(CH2C1CHClCH3)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用丙烯加成法制備，主要副產(chǎn)物為3-氯丙烯(CH2=CHCH2C1)，反應(yīng)原理為：

I．CH2=CHCH3(g)+C12(g)CH2C1CHC1CH3(g) △H1=—134kJ·mol-1

II．CH2=CHCH3(g)+C12(g)CH2=CHCH2C1(g)+HC1(g)△H2=—102kJ·mol-1

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)已知CH2=CHCH2C1(g)+HC1(g)CH2C1CHC1CH3(g)的活化能Ea(正)為132kJ·mol-1，則該反應(yīng)的活化能Ea(逆)為______kJ·mol-1。

(2)一定溫度下，向恒容密閉容器中充入等物質(zhì)的量的CH2=CHCH3(g)和C12(g)。在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)I、Ⅱ，容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如下表所示。

時(shí)間/min	0	60	120	180	240	300	360
壓強(qiáng)/kPa	80	74.2	69.4	65.2	61.6	57.6	57.6

①用單位時(shí)間內(nèi)氣體分壓的變化來(lái)表示反應(yīng)速率，即，則前120min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(CH2C1CHC1CH3)=______kPa·min-1。(保留小數(shù)點(diǎn)后2位)。

②該溫度下，若平衡時(shí)HC1的體積分?jǐn)?shù)為，則丙烯的平衡總轉(zhuǎn)化率_______；反應(yīng)I的平衡常數(shù)Kp=_____kPa-1(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，保留小數(shù)點(diǎn)后2位)。

(3)某研究小組向密閉容器中充入一定量的CH2=CHCH3和C12，分別在A、B兩種不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)，一段時(shí)間后測(cè)得CH2C1CHC1CH3的產(chǎn)率與溫度的關(guān)系如下圖所示。

①下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是___________(填代號(hào))。

a．使用催化劑A的最佳溫度約為250℃

b．相同條件下，改變壓強(qiáng)不影響CH2C1CHC1CH3的產(chǎn)率

c．兩種催化劑均能降低反應(yīng)的活化能，但△H不變

d．提高CH2C1CHC1CH3反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是控制溫度

②在催化劑A作用下，溫度低于200℃時(shí)，CH2C1CHC1CH3的產(chǎn)率隨溫度升高變化不大，主要原因是_______________________________________________________________。

③p點(diǎn)是否為對(duì)應(yīng)溫度下CH2C1CHC1CH3的平衡產(chǎn)率，判斷理由是_____________。

Answer 1

【答案】164 0.09 74% 0.21 bd 溫度較低，催化劑的活性較低，對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響小 不是平衡產(chǎn)率，因?yàn)樵摲磻?yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，p點(diǎn)的平衡產(chǎn)率應(yīng)高于B催化劑作用下450℃的產(chǎn)率

【解析】

(1)已知：I．CH2=CHCH3(g)+C12(g)CH2C1CHC1CH3(g) △H1=—134kJ·mol-1，II．CH2=CHCH3(g)+C12(g)CH2=CHCH2C1(g)+HC1(g)△H2=—102kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律可知，I-II得CH2=CHCH2C1(g)+HC1(g)CH2C1CHC1CH3(g)，此反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=Ea(正)-Ea(逆)；

(2)①因反應(yīng)II的△V=0，△p=0，則反應(yīng)I的△p=80kPa-69.4kPa=10.6kPa，根據(jù)，計(jì)算120min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(CH2C1CHC1CH3)；

②設(shè)起始時(shí)CH2=CHCH3(與)和C12(g)均為5mol，則容器內(nèi)起始時(shí)總物質(zhì)的量為10mol，根據(jù)恒溫恒容條件下氣體的物質(zhì)的量與壓強(qiáng)成正比可知，平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量為10mol×=7.2mol，減小的物質(zhì)的量為10mol-7.2mol=2.8mol，根據(jù)反應(yīng)I可知反應(yīng)生成的CH2C1CHC1CH3(g)為2.8mol，平衡時(shí)HC1的體積分?jǐn)?shù)為，說(shuō)明生成的HCl為7.2mol×=0.9mol，結(jié)合反應(yīng)I、Ⅱ，則參加反應(yīng)的丙烯的總物質(zhì)的量為2.8mol+0.9mol=3.7mol，由此計(jì)算平衡時(shí)丙烯的平衡總轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)I的平衡常數(shù)；

(3)①a．由圖示可知使用催化劑A時(shí)產(chǎn)率最高時(shí)溫度約為250℃；

b．根據(jù)反應(yīng)I的特點(diǎn)分析壓強(qiáng)對(duì)產(chǎn)率的影響；

c．使用催化劑能改變反應(yīng)的活化能，但不改變反應(yīng)熱；

d．不同催化劑對(duì)產(chǎn)率影響與溫度有關(guān)；

②在催化劑A作用下，溫度低于200℃時(shí)，CH2C1CHC1CH3的產(chǎn)率隨溫度升高變化不大，說(shuō)明此時(shí)催化效率低；

③在相同溫度下，不同的催化劑能改變反應(yīng)速率，但不影響平衡狀態(tài)，反應(yīng)I是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡會(huì)逆向移動(dòng)。

(1)已知：I．CH2=CHCH3(g)+C12(g)CH2C1CHC1CH3(g) △H1=—134kJ·mol-1，II．CH2=CHCH3(g)+C12(g)CH2=CHCH2C1(g)+HC1(g)△H2=—102kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律可知，I-II得CH2=CHCH2C1(g)+HC1(g)CH2C1CHC1CH3(g)，此反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=△H1-△H2=Ea(正)-Ea(逆)，則Ea(逆)=Ea(正)-（△H1-△H2）=132kJ·mol-1-（—134kJ·mol-1+102kJ·mol-1）=164kJ·mol-1；

(2) ①因反應(yīng)II的△V=0，△p=0，則反應(yīng)I的△p=80kPa-69.4kPa=10.6kPa，則120min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(CH2C1CHC1CH3)==kPa·min-1≈0.09kPa·min-1；

②設(shè)起始時(shí)CH2=CHCH3(g)和C12(g)均為5mol，則容器內(nèi)起始時(shí)總物質(zhì)的量為10mol，根據(jù)恒溫恒容條件下氣體的物質(zhì)的量與壓強(qiáng)成正比可知，平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量為10mol×=7.2mol，減小的物質(zhì)的量為10mol-7.2mol=2.8mol，根據(jù)反應(yīng)I可知反應(yīng)生成的CH2C1CHC1CH3(g)為2.8mol，平衡時(shí)HC1的體積分?jǐn)?shù)為，說(shuō)明生成的HCl為7.2mol×=0.9mol，結(jié)合反應(yīng)I、Ⅱ，則參加反應(yīng)的丙烯的總物質(zhì)的量為2.8mol+0.9mol=3.7mol，故平衡時(shí)丙烯的平衡總轉(zhuǎn)化率α=×100%=74%；另外平衡時(shí)CH2=CHCH3(g)和C12(g)均為1.3mol，CH2C1CHC1CH3為2.8mol，則反應(yīng)I的平衡常數(shù)Kp=≈0.21 kPa-1；

(3)①a．由圖示可知使用催化劑A時(shí)產(chǎn)率最高時(shí)溫度約為250℃，即使用催化劑A的最佳溫度約為250℃，故a正確；b．反應(yīng)I是一個(gè)氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，改變壓強(qiáng)可以使該反應(yīng)的化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，故CH2C1CHC1CH3的產(chǎn)率會(huì)隨著壓強(qiáng)的改變而改變，b錯(cuò)誤；c．催化劑能降低反應(yīng)的活化能，但不影響△H，故c正確；d．由圖中信息可知，兩種不同的催化劑對(duì)CH2C1CHC1CH3的產(chǎn)率的影響有明顯的差別，催化劑明適宜的活化溫度，故提高該反應(yīng)的選擇性的關(guān)鍵因素是催化劑的選擇及其活化溫度的控制，故d錯(cuò)誤；故答案為bd；

②催化劑的效率與溫度有關(guān)，當(dāng)溫度較低時(shí)，催化劑的活性較低，對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響小，導(dǎo)致CH2C1CHC1CH3的產(chǎn)率隨溫度升高變化不大；

③反應(yīng)I的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，p點(diǎn)的平衡產(chǎn)率應(yīng)高于B催化劑作用下450℃的產(chǎn)率，故p點(diǎn)不是對(duì)應(yīng)溫度下CH2C1CHC1CH3的平衡產(chǎn)率。